1.2　工业互联网的兴起与发展

上节我们介绍了有关工业互联网的基本知识，本节将介绍工业互联网的兴起与发展，重点介绍主要发达国家的工业互联网发展战略，以及国内外具有代表性的工业互联网平台，希望读者可以从中了解到一些工业互联网的国内外发展态势。

1.2.1　互联网的发展阶段

互联网的概念可以追溯到20世纪60年代，出自麻省理工学院（MIT）教授利克莱德的“人机共生”和“以计算机为通信工具”这两篇论文。1965年，人类在历史上第一次将两台计算机远程连接起来，实现了首次计算机互联。随着分组交换协议、接口信息处理机与TCP/IP三个主要技术突破的实现，互联网的演进方向逐渐确立。

1.学术互联网时代

互联网起初是为大学和研究部门的研究者设计和建立的，一般把这个时代称为学术互联网时代。1969年美国国防部高级研究计划局的阿帕网（ARPA网）是最早成形的互联网，主要用于军事连接，后扩展到高校，将美国西南部的加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福大学研究学院、犹他州大学和加利福尼亚大学的四台主要的计算机连接起来，用于研究资源的共享和异地网络通信。另外一个推动互联网发展的广域网是美国国家科学基金会资助设立的国家科学基金网（NSF网），目标是连接全美的5个超级计算机中心，让美国的100多所大学实现资源共享。ARPA网和NSF网最初都是面向科研服务的，其主要目的是为用户提供共享大型主机的宝贵资源。在这个时代，通过互联网，计算机被相互连接起来，信息传递打破了时空的限制，能够瞬间从地球一端传递到另一端。

2.商用互联网时代

20世纪90年代，互联网开始进入了人人连接的大众互联网时代，也可以理解成商用互联网时代。1989年，在普及互联网应用的历史上又发生了一个重大事件，欧洲粒子物理实验室提出了一个关于分类互联网信息的超文本协议，这个协议在1991年后被称为WWW（World Wide Web），即万维网，它使得互联网更加便于应用和普及。人们能够从一个商业站点发送信息到另一个商业站点而不需再经过政府资助的网络中枢。互联网一经商业应用就开始迅猛发展，各国都看到了互联网的发展前景，纷纷制定国家战略来推动互联网的发展。

3.万物互联时代

比尔·盖茨在1995年出版的《未来之路》一书中提到了万物互联。在1999年，宝洁公司的凯文·艾什顿（Kevin Ashton）做了“Internet of Things”为标题的演说，提出将射频识别（RFID）芯片安装在消费品中以监控库存变化，掀起了物联网的潮流，凯文·艾什顿也因此被称为“物联网之父”。同年，麻省理工学院的Auto-ID Center把物联网定义为基于计算机互联网，利用RFID、无线数据通信等技术构造一个覆盖世界上万事万物的网络，以实现物品的自动识别和信息的互联共享。2005年11月17日，信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，提出了物联网的概念，指出“物联网”时代的来临。这标志着物联网技术革命的开始。最近几年，随着传感和物联网技术、云技术、通信和互联网技术的发展，物联网到了蓬勃发展的井喷期。截至2017年，已有84亿台设备接入互联网，数量超过全球人口总量。预计在不久的将来，所有的智能物体都将接入互联网，而一个人与人、人与机器、机器与机器全面互联的社会将会被构建起来。

4.智慧互联网时代

随着5G时代到来，智能化将与网络共生发展，工业互联网将从信息互联网发展到智慧互联网，人类社会也会随之进入智能社会。在智慧互联网时代，一方面，智能终端将呈现多样化，现在常见的智能终端主要是手机，近两年手表、手环、眼镜等可穿戴智能设备也越来越多地涌现。将来，智能家居和包括电视、空调、冰箱、热水器等在内的家用电器都有望与互联网实现无缝连接，成为智能服务的终端。另一方面，智能化的程度也将不断加深，以手机为代表的智能设备会更自动、更灵活。在人机互动方面，语音识别、机器翻译等技术已经获得突破，机器学习等也存在着巨大的潜在发展空间。

1.2.2　工业互联网的兴起

互联网发展与新工业革命的历史性交汇催生了工业互联网。如图1-1所示，从整个工业与互联网发展历史时间轴来看，我们可以看到1950年在工业企业生产中采用的是单机数控，1969年诞生了工控系统，1990年出现ERP（企业资源计划）和MES（制造执行系统），信息通信技术由单点的辅助工具发展成为集成工具。1995年整个互联网从军用网和科研网向商业网实现了一个大的跨界发展。随着电子商务的发展，到2000年互联网技术开始应用于工业企业的销售环节，人类进入消费互联网时代，2007年移动互联网得到了较大的发展，此后2012年工业互联网诞生。纵观整个发展进程，工业变革中信息通信技术由单点的辅助工具发展成为一个集成工具，包括ERP和MES的应用，最后信息技术在工业领域以融合的形态出现，其最重要的表现形式就是工业互联网模式，从商用互联网到移动互联网再到工业互联网，实现了工业企业全面的数字化、网络化和智能化的变革。

图1-1　工业与互联网发展历史时间轴

1.2.3　各国工业互联网发展战略

在全球新一轮科技革命和产业变革中，信息技术与各行业各领域的融合发展已成为时代新潮流。发展工业互联网是抢占这一轮工业革命制高点和主导权的必由之路。世界主要国家为把握“再工业化”与信息化交汇的难得机遇，纷纷出台了发展工业互联网的相关战略，着力形成多层次、全方位的发展机制。

除了美国的“先进制造业国家战略计划”、德国的“工业4.0”、日本的“机器人新战略”等国家级战略外，英国、法国、俄罗斯、韩国、印度等众多国家也推出了一系列战略，虽然名称和侧重点不同，但共同核心都是推动新一代信息技术和制造业的深度融合，大力加快制造业的网络化、数字化、智能化和平台化转型，各国都期望通过科技革命减少对人的依赖，更好地发挥人的价值，推动本国制造业向高质量、高效率、绿色高端方向发展。

1.美国工业互联网发展持续领跑全球

美国的GE、IBM、思科等龙头企业主导的工业互联网联盟（IIC）于2014年成立，美国政府及联盟组织成员的发展动向一度成为全球工业互联网发展的风向标。而在推进策略上美国更加注重创新驱动，发挥互联网、信息通信、软件等优势，“自上而下”重塑制造业，具体如下。

（1）政府大力实施再工业化战略。2008年全球金融危机之后，美国政府组织实施了“先进制造业伙伴计划”，构建“国家制造业创新网络”，重点突破信息物理系统、先进传感与控制、大数据分析、可信网络、高性能计算、信息安全等工业互联网关键技术，为工业互联网的发展和应用提供有力支撑。美国政府意在通过生产关系、生产方式及技术的革新，使工业重新焕发出强大的生命力和竞争力，推动产业优化升级，加速第四次工业革命进程。

（2）领军企业引领美国工业互联网发展。GE是美国传统制造业的巨头，率先进行了数字化转型。GE公司于2012年发布了《工业互联网：突破智慧和机器的界限》白皮书，首次提出了“工业互联网”的概念，随后在2013年推出了Predix工业互联网平台，力促工业互联网发展。之后GE投入大量资源并以Predix为核心建立了新的业务部门GE Digital，使其成为GE战略的关键部分。GE还与微软、思科、IBM等巨头开展合作，共同推动工业互联网发展并强化平台服务能力。2016年，GE公司正式开放了完善后的Predix平台，并建成4个云计算中心，聚集了2万名开发者。2018年12月，GE正式宣布出售部分GE Digital业务，转而投入12亿美元成立新的工业互联网公司，独立运营Predix平台及相关数字化业务，在工业互联网发展道路上迈出新的一步。

（3）优秀初创企业获得资本青睐。2014年成立的Uptake公司在短短4年间即获得超过2.5亿美元的融资，公司估值高达23亿美元。提供边缘智能软件的FogHorn公司目前累计融资达7 250万美元，仅2017年B轮融资就获取3 000万美元资本。基于工业互联网平台独角兽企业C3 IoT开发了一系列工业App，到2019年接入设备已超过7 000万个，四轮累计融资达1.1亿美元，企业估值14亿美元。

（4）积极打造工业互联网发展生态。随着工业互联网联盟的成立，工业互联网技术标准化和试点应用加速发展，工业互联网生态体系逐渐形成。2015年工业互联网联盟发布工业互联网参考架构，系统性地界定了工业互联网架构体系。2016年3月，工业互联网联盟和“工业4.0”平台代表在瑞士苏黎世相关会议上分别推出具有潜在一致性的工业4.0参考架构模型和工业互联网参考架构。截至2019年3月，工业互联网联盟已有来自全球的260余家成员单位，致力于开展标准制定、测试验证、国际合作等工业互联网生态建设。

2.德国工业4.0建设步伐不断加快

德国长期专注于复杂制造系统的优化和创新，其装备制造业也领先全球。为应对新一轮科技和工业革命带来的挑战，德国更加注重发挥自身在自动化系统、制造装备、工艺流程等方面的优势，并利用信息技术“自下而上”升级制造业，进而提出了工业4.0战略。与美国的工业互联网不同，德国工业4.0更加注重通过生产环节的智能化来重塑生产制造服务体系，以提高资源配置效率。

（1）政府出台一系列战略部署。在德国国家工程院、弗劳恩霍夫协会等研究机构的积极推动下，德国政府将工业4.0上升为国家战略，试图融合信息网络与工业生产系统，打造数字工厂，实现价值链上企业间的横向集成、网络化制造系统的纵向集成以及端对端的工程数字化集成，强调机器与互联网的相互连接，从而改变当前的工业生产与服务模式。2019年德国进一步出台“国家工业战略2030”，并将发展“平台经济互联网公司”作为德国工业发展的挑战之一，意在通过强化政府政策效应，充分发挥新形成的相对优势。从德国系列战略部署来看，其目的是进一步打造工业生产全要素、全价值链、全产业链多层次连接的生产制造服务体系。

（2）领先企业积极推动工业互联网布局。德国西门子集团是全球电子电气工程领域的领军企业，牢牢掌握数据采集、自动化系统、工业控制等方面的关键技术。从2007年开始，西门子先后并购了UGS、Innotec、Vistagy、IBS、VRcontext、LMS、TESIS等企业，补齐仿真与测试、3D可视化、工业软件等数字化能力。2016年，西门子正式推出工业互联网平台MindSphere，凭借其独特的开源性和兼容性，以及出色的数据采集和分析能力，MindSphere为客户提供数据挖掘、工业App开发等增值服务的系统化解决方案。还有国际ERP巨头SAP公司也早已从单独的ERP业务扩展为为企业提供信息化全套解决方案，特别是针对工业互联网开发和收购了与底层工业设备连接的信息化工具平台和软件。

3.其他国家和地区紧跟推出发展战略

其他国家和地区结合本国制造业发展现状及优势，也纷纷出台工业互联网发展战略，具体表现如下。

（1）各国打造本土工业互联网体系。英国出台“英国工业2050计划”，法国制定“新工业法国”战略，紧跟全球工业互联网发展动向，大力支持本国工业互联网的技术突破、产业布局和金融服务。日本提出“互联工业”战略，试图将人、设备、系统、技术等全部连接起来。韩国则主攻机器人、人工智能、自动驾驶和3D打印等智能制造产业。

（2）国际合作与交流日趋紧密。2019年年初，工业互联网联盟与澳大利亚物联网联盟（IoTAA）签订协议，共同协调工业互联网发展，帮助改善数字经济。2018年，印度尼西亚与新加坡开展第四次工业革命缔结合作，支持印度尼西亚工业4.0发展战略，致力于振兴食品加工、纺织和服装、汽车、电子、化学等五个领域。此外，印度的印孚瑟斯、塔塔等几大软件企业与美、德、日等多国制造企业开展泛在合作，深度参与工业互联网联盟等国际组织。

4.中国的换道超车战略及策略

我国也高度重视发展工业互联网，“十三五”规划纲要提出要深入推进“中国制造2025”及“互联网+”发展战略的实施，陆续发布了《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，明确提出加强工业互联网建设。2018年，中华人民共和国工业和信息化部组织实施工业互联网创新发展工程，标志着我国工业互联网从政策文件制定进入具体实施的新阶段。

工业互联网为我国制造业提供了绝佳的“换道超车”的历史机遇，对此我国也积极施行“制造强国”战略，着力打造中国工业互联网平台体系，主要的发展策略分析如下。

（1）补齐数据采集能力短板。数据采集是工业互联网的基础，而我国制造业数字化、网络化基础与美国、德国相比较为薄弱。2019年，我国制造业生产设备数字化率仅为47.1%、关键工序数控化率仅为49.5%、数字化设备联网率仅为41%，尤其是中小企业的基础更加薄弱，设备数字化改造和数据采集的水平较低。为此，应加快企业生产设备的数字化改造和企业内外部网络升级改造，提升数据采集能力，进一步夯实我国工业互联网发展的基础。

（2）主攻工业互联网平台。工业互联网平台为我国工业制造业的换道超车提供了难得的历史机遇。然而，由于美国和德国等先进国家的先发优势，我国工业互联网平台的建设发展现状仍较为严峻，具体体现在：95%以上的高端PLC[1]和工业网络协议被国外厂商垄断，我国工业数据采集能力薄弱；50%左右的工业PaaS平台需要采用国外开源架构，缺乏开源开放的本土通用PaaS[2]平台；90%以上的高端工业软件仍依赖国外供给，我国缺乏关键的工业App。此外，工业信息安全保障能力不强也影响着工业互联网平台的建设和推广。我国发展工业互联网平台的基础和优势包括具有超大规模的市场需求、建设了完备的工业体系、打造了创新引领的互联网生态以及培养了庞大的专业人才队伍，因此，要抢抓全球工业互联网平台规模化扩张的战略窗口期，不断开放价值生态，充分发挥我国工业技术后发优势，从而早日实现换道超车。

（3）将工业互联网作为制造业智能转型的重要抓手。在生产现场数字化、网络化改造的基础上，依托工业互联网平台能够为制造业企业提供生产过程可视化、数据分析与挖掘、生产设备监控管理、软件工具共享等服务，促进制造业的智能转型和升级发展。

（4）推进工业互联网标准体系建设。结合我国制造业实际发展现状，研究完善我国工业互联网参考架构和标准体系，并明确标准研制的主要范围和重点方向。同时，对数据采集、数据服务、数据建模、数据接口、应用接口、服务对接等核心技术标准进行研制和试验验证，促进不同领域、不同平台之间互联互通与共享合作。

纵观全球各主要国家的工业互联网发展路径，基本形成了一条“以政府为引导、市场为主导、企业为主体、联盟为支撑”的发展道路，在技术攻关、产业布局、资本服务等方面，加大产学研用合作力度，共同推动工业互联网创新发展。中国正在充分借鉴国际先进经验，围绕核心技术、标准和平台加速布局工业互联网，夯实智能制造基础，促使智能制造成为全球制造业的竞争核心，创新发展，力争在工业互联网时代走在前沿。

1.2.4　典型的工业互联网平台

工业互联网平台是工业互联网的核心要素，是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。当前国内外企业工业互联网平台正处于规模化扩张的关键期，毋庸置疑，工业互联网平台正成为制造业和互联网深度融合的新焦点、新抓手，驱动制造业加速向数字化、网络化、智能化方向延伸拓展。下面简单介绍国内外主要的工业互联网平台。

1.国外主要的工业互联网平台

（1）美国通用电气公司：Predix平台。美国通用电气公司是世界上最大的装备与技术服务企业之一。2013年，GE率先推出工业互联网Predix平台，探索将数字技术与其专业优势领域如航空、医疗、能源和交通等相融合，向全球领先的工业互联网企业转型。Predix平台是全球第一个专门为工业数据分析而开发的操作系统。它不仅能实时监控各类机器设备，同步捕捉设备运行过程中产生的海量数据，还能对数据进行分析和管理，提升运营效率。GE目前已基于Predix平台部署开发了互联产品、智能环境、现场人力管理、计划和物流、工业分析、资产绩效管理、运营优化等多类工业App。

（2）德国西门子：MindSphere平台。德国西门子是全球电子电气工程领域的领先企业，与美国GE公司从物联网角度切入，主攻智能服务不同，德国西门子公司更偏重于工厂生产方式的变革，并抓住了工业4.0的核心，成为世界工业互联网转型的先驱者。西门子通过一系列收购打通了数字化工业转型之路，于2016年推出MindSphere平台，构建了基于云的开放物联网架构，将传感器、控制器以及各种信息系统收集的工业数据，通过安全通道实时传输到云端，并在云端为企业提供大数据分析挖掘、工业App开发以及智能应用等增值服务。MindSphere平台目前已在全球（主要是北美和欧洲）100多家企业推广和应用。

（3）法国施耐德电气公司：EcoStruxure平台。法国施耐德电气公司是全球著名的电气设备制造商和能效管理领域领导者，施耐德于2016年发布了EcoStruxure平台。EcoStruxure平台包括三个层级，即互联互通的产品层、边缘控制层以及应用、分析和服务层。截至2020年，EcoStruxure平台已联合2万多家系统集成商，部署超过48万个系统，主要面向楼宇、信息技术、工厂、配电、电网和机器六大方向，探索将数字技术与其专业优势领域如电力设备等相融合，实现施耐德集团的工业互联网转型。

2.国内主要的工业互联网平台

随着数字经济的迅速崛起，各种垂直的、细分的、专业的平台纷纷涌现，许多在传统制造行业、产业链领先的龙头企业都在借助生态系统向平台模式转型，重新构建企业组织架构、产业链以及价值链，乃至重构原有的产业生态。产业链平台、物联网平台、工业互联网平台逐渐成为传统产业拥抱数字时代的重要工具和支撑。未来，工业企业为了提高能效、降低成本将会形成对这类平台的强依赖。当前国内主流工业互联网平台大致分为四种商业模式，分别是个性化定制、网络化协同、智能化生产和服务化延伸，具体介绍如下。

（1）个性化定制模式：海尔COSMOPlat平台。个性化定制以用户全流程参与、定制化设计、个性化消费为特征，它几乎完全颠覆了“标准化设计、大批量生产、同质化消费”的传统制造业生产模式。在整个过程中，用户不仅是消费者，同时也是设计者和生产者，这种用户需求驱动下的生产模式革新最大程度契合了未来消费需求的大趋势。海尔打造的工业互联网平台COSMOPlat就是个性化定制商业模式的典型代表。COSMOPlat集成了系统集成商、独立软件供应商、技术合作伙伴、解决方案提供商和渠道经销商，致力于打造工业新生态。用户可以通过智能设备（如智能手机或平板电脑）提出需求，在需求形成一定规模后，COSMOPlat可以通过所连接的九大互联工厂实现产品研发制造，从而产出符合用户需求的个性化产品。这种颠覆传统的个性化定制形成了以用户需求为主导的全新生产模式，实现了在交互、定制、设计、采购、生产、物流、服务等环节的用户参与。

（2）网络化协同模式：航天云网CMSS云制造支持系统。网络化协同模式是一个集成了工程、生产制造、供应链和企业管理的先进制造系统。网络化协同模式可以把分散在不同地区的生产设备资源、智力资源和各种核心能力通过平台的方式集聚，是一种高质量、低成本的先进制造方式。网络化协同模式的典型代表是航天云网的CMSS云制造支持系统。CMSS云制造支持系统主要包括工业品营销与采购全流程服务支持系统、制造能力与生产性服务外协与协外全流程服务支持系统、企业间协同制造全流程支持系统、项目级和企业级智能制造全流程支持系统等四个方面，可以满足各类企业深度参与云制造产业集群生态建设的现实需求。

（3）智能化生产模式：富士康工业互联网平台BEACON。智能化生产是指利用网络信息技术和先进制造工具来提升生产流程的智能化，从而完成数据的跨系统流动、采集、分析与优化，实现设备性能感知、过程优化、智能排产等智能化生产方式。智能化生产的典型代表是富士康集团于2017年开发的工业互联网平台BEACON。BEACON平台通过整合工业互联网、大数据、云计算等软件以及传感器、工业机器人、交换机等硬件，建立了端到端的可控可管的智慧云平台。平台将生产数据、设备数据进行集成、分析、处理，以创建开放、共享的工业级App。智能化生产模式通过对生产流程进行优化和改造来实现企业数字化、网络化和智能化转型。

（4）服务化延伸模式：树根互联根云应用平台。服务化延伸模式是指企业通过在产品上添加智能模块，实现产品联网与运行数据采集，并利用大数据分析提供多样化智能服务，从销售产品拓展到优化服务，如客户增值体验、产品优化方案等。值得注意的是，能够提供服务化延伸的工业互联网平台企业大多已具备工业产品基础或已具备较强的服务输出能力。服务化延伸的典型代表是树根互联打造的根云应用平台。通过平台对设备数据的采集，可以为工业企业提供设备监控和大数据分析，改变企业的运营管理模式，进而提升运营效率，塑造数据的可视化，给企业带来更多价值，最终引领工业模式创新。在当前制造业积极探索由传统的以产品为中心向以服务为中心转变的背景下，服务化延伸模式可以有效延伸价值链条，扩展利润空间，成为制造业竞争优势的核心来源。

[1] Programmable logic controller，可编程逻辑控制器。

[2] Platform as a service，平台即服务。